刀具破損的表現(xiàn)

1) 切削刃微塌陷

當(dāng)工件的材料組織、硬度和余量不均勻，前角過大，切削刃強(qiáng)度低，工藝系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生振動(dòng)，或進(jìn)行斷續(xù)切削時(shí)。如果刃口磨削質(zhì)量不好，刃口容易出現(xiàn)微塌陷，即刃口區(qū)域出現(xiàn)小塌陷、缺口或剝落。在這種情況下，刀具將失去部分切削能力，但仍會(huì)繼續(xù)工作。在連續(xù)切割的過程中，刀片區(qū)域的受損部分可能會(huì)迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致更大的損壞。

2) 切削刃或尖端的碎屑

這種損傷往往是在比切削刃微塌陷或微塌陷進(jìn)一步發(fā)展的切削條件下產(chǎn)生的。斷刀的尺寸和范圍大于微崩，使刀具完全失去切削能力，不得不停止工作。刀尖斷裂的情況通常稱為刀尖掉落。

3) 刀片或工具破損

切削條件極差時(shí)，切削量過大，有沖擊載荷，刀片或刀具材料有微裂紋。焊接、磨削時(shí)刀片存在殘余應(yīng)力，操作不小心，刀片或工具可能會(huì)折斷。這種損壞后，工具不能繼續(xù)使用，所以可以報(bào)廢。

4) 刀片表面剝落

對于脆性較高的材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、tic含量高的PCBN等，由于表面結(jié)構(gòu)存在缺陷或潛在裂紋，或焊接、磨邊等表面殘余應(yīng)力，表層易剝落。 .剝離可能發(fā)生在正面，刀可能發(fā)生在背面。剝離物呈片狀，剝離面積大。涂層工具剝落的可能性很高。刀片輕微剝皮后可繼續(xù)工作，嚴(yán)重剝皮后會(huì)喪失切割能力。

5）切削零件的塑性變形

由于強(qiáng)度低，硬度低，鋼和高速鋼的切削部位可能發(fā)生塑性變形。當(dāng)硬質(zhì)合金在高溫和三向壓應(yīng)力下直接工作時(shí)，表面也會(huì)發(fā)生塑性流動(dòng)，甚至切削刃或切削刃的塑性變形面會(huì)塌陷。崩塌通常發(fā)生在切削量大，加工硬質(zhì)材料時(shí)。 TiC基硬質(zhì)合金的彈性模量小于WC基硬質(zhì)合金，因此前者具有較快的抗塑性變形或失效。 PCD和PCBN不會(huì)發(fā)生塑性變形。

6) 刀片熱裂

當(dāng)?shù)毒叱惺芙蛔兊臋C(jī)械和熱載荷時(shí)，切削零件的表面由于反復(fù)的熱脹冷縮，不可避免地會(huì)產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，從而使刀片因疲勞而產(chǎn)生裂紋。例如，硬質(zhì)合金銑刀在高速銑削時(shí)，齒不斷受到周期性沖擊和交變熱應(yīng)力，前表面出現(xiàn)梳狀裂紋。雖然有些工具沒有明顯的交變載荷和交變應(yīng)力，但由于表面和內(nèi)層溫度不一致，也會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。此外，刀具材料內(nèi)部存在不可避免的缺陷，因此刀片也可能產(chǎn)生裂紋。有時(shí)刀具在裂紋形成后還能繼續(xù)工作一段時(shí)間，有時(shí)裂紋快速增長導(dǎo)致刀片斷裂或刀片表面嚴(yán)重剝落。

工具磨損

按磨損原因可分為：

1) 磨料磨損

被加工材料中有一些很硬的顆粒，可以在刀具表面劃出凹槽，屬于磨料磨削損傷。磨粒磨損存在于四面八方，前表面最為明顯。但對于低速切削，由于切削溫度低，麻的磨損不明顯，磨粒磨損是主要原因。其他工具的硬度越低，磨料麻損傷越嚴(yán)重。

2）冷焊磨損

切割時(shí)，工件、切割面與前后刀面之間存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦力，所以會(huì)發(fā)生冷焊。由于摩擦副之間的相對運(yùn)動(dòng)，冷焊會(huì)產(chǎn)生斷裂并被一側(cè)帶走，從而導(dǎo)致冷焊磨損。冷焊的磨損通常在中等切削速度下比較嚴(yán)重。結(jié)果表明，脆性金屬比塑性金屬具有更好的耐冷焊性；多相金屬比單向金屬??；金屬化合物的趨勢小于單次冷焊；化學(xué)元素周期表中B族與鐵的冷焊傾向小。高速鋼和硬質(zhì)合金在低速切削時(shí)冷焊現(xiàn)象嚴(yán)重。

3) 擴(kuò)散磨損

在高溫下工件與刀具的切削和接觸過程中，兩側(cè)的化學(xué)元素以固態(tài)擴(kuò)散，改變了刀具的成分結(jié)構(gòu)，使刀具表面變得脆弱，加劇了刀具的磨損。擴(kuò)散現(xiàn)象總是使高深度梯度的物體不斷向低深度梯度的物體擴(kuò)散。例如，硬質(zhì)合金中的鈷在800℃時(shí)會(huì)迅速擴(kuò)散到切屑和工件上，WC分解成鎢和碳變成鋼；當(dāng)PCD刀具的切削溫度高于800℃時(shí)，PCD中的碳原子會(huì)以很大的擴(kuò)散強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到工件表面，使刀具表面石墨化。鈷、鎢的擴(kuò)散嚴(yán)重，鈦、鉭、鈮的擴(kuò)散阻力強(qiáng)。因此，YT硬質(zhì)合金具有良好的耐磨性。當(dāng)陶瓷和PCBN的溫度高達(dá)1000℃-1300℃時(shí)，擴(kuò)散磨損不明顯。由于材料相同，工件、切屑和刀具在切削過程中會(huì)在接觸區(qū)域產(chǎn)生熱勢。這種熱電勢可以促進(jìn)擴(kuò)散并加速工具的磨損。這種在熱電勢作用下的擴(kuò)散磨損稱為“熱電磨損”。

4) 氧化磨損

當(dāng)溫度升高時(shí)，刀具表面氧化產(chǎn)生軟氧化物，這是由切屑摩擦引起的，稱為氧化磨損。例如，700℃～800℃氣體中的氧氣與硬質(zhì)合金中的鈷、碳化物和碳化鈦反應(yīng)生成軟氧化物； PCBN與1000℃水蒸氣的化學(xué)反應(yīng)

按磨損形式可分為：

前臉損傷

在高速切削塑料材料時(shí)，靠近切削力的前切削面在切屑作用下會(huì)磨損成月牙形義齒，故又稱月牙槽磨損。在磨損初期，刀具前角增大，改善了切削條件，有利于切屑的卷曲和斷裂。但當(dāng)月牙槽進(jìn)一步加大時(shí)，切削刃強(qiáng)度大大減弱，最終可能導(dǎo)致切削刃的斷裂和損壞。在切削脆性材料，或切削切削速度較低、切削厚度較薄的塑性材料時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)月牙形磨損。

刀尖磨損

刀尖的磨損是刀尖圓弧背面與刀具相鄰背面的磨損。它是刀具后刃面磨損的延續(xù)。由于散熱條件差，應(yīng)力集中，磨損速度快于背刃面。有時(shí)在副刀面的背面會(huì)形成一系列間距等于進(jìn)給量的凹槽，稱為凹槽磨損。它們主要是由加工表面的硬化層和切削圖案引起的。在切削淬火傾向大的硬切削材料時(shí)，最容易出現(xiàn)凹槽磨損。刀尖的磨損對工件的表面粗糙度和加工精度影響最大。

后刀面磨損

在切削切削厚度較大的塑料材料時(shí)，由于切屑塊的存在，刀具的背面可能不會(huì)與工件接觸。此外，背面通常與工件接觸，背面形成后角為0的耐磨帶。一般來說，在切削刃工作長度的中間，背面的磨損是均勻的，所以背面的磨損程度可以用背面切削刃耐磨帶寬度的VB來衡量。因?yàn)楦黝惖毒叩哪p幾乎發(fā)生在不同的切削條件下，特別是切削脆性材料或切削切削厚度較小的塑性材料時(shí)，刀具的磨損主要是背面磨損，而寬度VB的測量耐磨帶比較簡單，所以通常用VB來表示刀具的磨損程度。 VB較大，不僅增加了切削力，引起切削振動(dòng)，而且影響刀尖圓弧的磨損，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。

防止工具損壞的方法

1）根據(jù)加工材料和零件的特點(diǎn)，合理選擇刀具材料的各種類型和牌號。在一定的硬度和耐磨性的前提下，必須保證刀具材料必要的韌性；

2）合理選擇刀具的幾何參數(shù)。通過調(diào)整前后角、主副偏角、葉片傾角等角度；

確保切削刃和切削刃具有良好的強(qiáng)度。磨掉切削刃上的負(fù)倒角是防止刀具掉落的有效措施；

3）保證焊接和打磨的質(zhì)量，避免因焊接不良和邊緣打磨造成的缺陷。關(guān)鍵工序所用工具應(yīng)進(jìn)行磨削，以提高表面質(zhì)量并檢查有無裂紋；

4）應(yīng)合理選擇切削量，避免切削力過大，切削溫度過高，以免損壞刀具；

5）工藝系統(tǒng)盡可能剛性，可以減少振動(dòng)；

6) 采取正確的操作方法，避免或減少工具的突然負(fù)荷。

刀具破損的原因及對策

1）刀片品牌和規(guī)格選擇不當(dāng)，如刀片厚度太薄或品牌在粗加工時(shí)太硬太脆。

對策：

選用抗彎強(qiáng)度和韌性高的牌號，增加刀片厚度或垂直安裝刀片。

2）刀具幾何參數(shù)選擇不當(dāng)（如前后角過大）。

對策：

該工具可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

①適當(dāng)減少前后角。

② 采用較大的負(fù)葉片角。

③ 減小主偏角。

④ 采用較大的負(fù)倒角或邊緣圓弧。

⑤ 修磨過渡刃口，增強(qiáng)刃口。

3）葉片焊接工藝不正確，造成焊接應(yīng)力過大或焊接裂紋。

對策：

① 避免使用三邊封閉式刀片槽結(jié)構(gòu)。

② 焊錫選擇正確。

③避免用氧乙炔火焰加熱焊接，焊后保溫，以消除內(nèi)應(yīng)力。

④ 盡量采用機(jī)械夾緊結(jié)構(gòu)

4）磨削應(yīng)力和裂紋是由于磨削方法不當(dāng)造成的； PCBN銑刀磨削后齒的振動(dòng)過大，使個(gè)別齒的負(fù)荷過重，也會(huì)造成刀具跳動(dòng)。

對策：

① 磨削采用間歇磨削或金剛石砂輪進(jìn)行。

②選用軟砂輪，砂輪保持鋒利。

③注意磨削質(zhì)量，嚴(yán)格控制刀齒的振動(dòng)和擺動(dòng)。

5）切削量選擇不合理，如太多，機(jī)床悶；斷續(xù)切削時(shí)，切削速度過高，進(jìn)給量過大，毛坯余量不均勻，切深過??；切削高硬度材料時(shí)，如高錳鋼，進(jìn)給量太小。

對策：

重新選擇切割量。

6）切削槽底面不平或刀片過長的原因是機(jī)械夾刀的原因。

對策：

① 修整刀槽底部。

② 切削液噴嘴的位置應(yīng)合理布置。

③硬化刀桿在刀刃下加硬質(zhì)合金墊片。

7) 刀具磨損過大。

對策：

更換切削刃或及時(shí)更換切削刃。

8）切削液流量不足或填充方式不正確，導(dǎo)致刀片爆熱、開裂。

對策：

① 增加切削液的流量。

② 切削液噴嘴的位置應(yīng)合理布置。

3. 采用噴霧冷卻等有效的冷卻方式來提高冷卻效果。

④ * 切割用于減少對刀片的沖擊。

9）刀具安裝不正確，如：刀具過高或過低；立銑刀采用非對稱銑削。

對策：

重新安裝工具。

10) 工藝系統(tǒng)剛性太差，造成切削振動(dòng)過大。

對策：

①增加工件的輔助支撐，提高工件的夾持剛性。

② 減少刀具的懸伸長度。

③適當(dāng)減小刀具后角。

④ 應(yīng)采取其他減振措施。

11）操作不當(dāng)，如：刀具從工件中間切入，動(dòng)作過猛；在你還刀之前停下來。

對策：

注意操作方法。

四、芯片瘤

1) 成因

在靠近切削刃的部分，切屑的接觸面積很高，使切屑底部金屬嵌入前刀面微凹凸不平的峰谷中，形成真正的無間隙金屬接觸，從而發(fā)生粘合現(xiàn)象。這部分刀片接觸區(qū)稱為鍵合區(qū)。在鍵合區(qū)，一層薄薄的金屬材料將沉積在芯片底部的前切割面上。這部分切屑的金屬材料在適當(dāng)?shù)那邢鳒囟认掳l(fā)生了劇烈的變形和強(qiáng)化。隨著芯片的不斷流出，停滯的物質(zhì)會(huì)從芯片的上層滑落，這是芯片瘤的基礎(chǔ)。然后，將在其上形成第二層停滯切割材料，這將形成碎屑沉積物。

2）特點(diǎn)及對切削的影響

①硬度比工件材料高1.5-2.0倍，可代替前刀面進(jìn)行切削。它可以保護(hù)切削刃，減少前刀面磨損。但是，流過工具工件接觸區(qū)域的碎屑會(huì)導(dǎo)致工具的背面磨損。

② 切屑成型后刀具工作角增大，對減小切屑變形和切削力起到積極作用。

③由于切屑塊突出到切削刃外，實(shí)際切削深度增大，影響工件的尺寸精度。

④切屑堆積會(huì)在工件表面造成“犁”現(xiàn)象，影響工件表面粗糙度。 ⑤ 切屑瘤的碎屑會(huì)粘結(jié)或嵌入工件表面，造成硬點(diǎn)，影響加工表面質(zhì)量。

從以上分析可以看出，積屑瘤不利于切削和精加工。

3) 控制措施

在底材與前切削面之間沒有結(jié)合或變形強(qiáng)化的情況下，可以采取以下措施避免出現(xiàn)切屑瘤。

① 降低前刀面的粗糙度。

② 增加刀具前角。

③ 減小切削厚度。

④ 采用低速切削或高速切削，避免切削速度容易形成切屑。

⑤通過適當(dāng)?shù)臒崽幚硖岣吖ぜ牧系挠捕群退苄浴?/p>

⑥ 采用抗粘連性好的切削液（如含硫、氯的極壓切削液）。